智慧水务配电能效管理系统在污水处理厂的应用

摘要：本文主要研究污水处理厂的电气节能设计。针对污水处理厂实际运行中功耗高的问题，需要从电气设备选型、配电电路设计、智能水厂建设等方面进行节能设计。相关设计的可靠性和有效性已通过在项目实践中的应用得到证明。

关键词：污水处理厂；电气设计；节能设计；数字化；智能水厂；

引言

污水处理厂是城市污水处理和资源利用的主要场所。污泥处理产生的污泥可以用作生物发电燃料。污水处理厂的建设对改善城市生活环境、加快生态文明建设具有重要意义。然而，污水处理也是一个高能耗行业，其中电能消耗占很大比例。因此，加强污水处理厂的电气节能设计对污水处理厂的节能减排非常重要。

1研究背景

2021年6月，国家发布了《“十四五"城市污水处理和资源利用发展规划》，指出“十四五"期间，中国应基本消除城市建成区生活污水直接排放口和收集处理设施空白区，增加2.000污水处理能力×107m3/d。到2025年，全国城市生活污水集中收集率将达到70%。我国2019年至2020年的污水处理情况如表1所示。

2污水处理厂的能耗特点

污水处理厂的消耗主要集中在电力、药品、燃料等方面，占污水处理厂总能耗的70%以上。同时，电气投资约占污水处理厂投资的12%。因此，加强污水处理厂的电气节能设计对降低污水处理厂的能耗和投资具有重要意义。

污水处理厂需要大量的电气设备，如污水泵、闸门、除污机等。用于预处理系统，搅拌机、提升泵、排泥机等。用于沉淀池，压榨泵、清洗泵、螺杆泵等。用于污泥处理系统。这些电气设备需要消耗大量的电能。此外，紫外线消毒、照明、除臭等系统也需要消耗大量的电能。根据《城市污水处理工程建设标准》的相关规定，达到一级B排放标准的污水处理厂每立方米处理污水的耗电量为0.15。～0.28kW·h，达到一级A排放标准的污水处理厂每立方米处理污水的耗电量为0.28～0.4kW·h。

在污水处理厂的电气设计中，需要考虑节能优化。在节能设计之前，有必要分析污水处理厂的能耗特点，以满足《城市污水处理工程建设标准》中污水处理厂电耗的“硬指标"。污水处理厂的工艺处理单元大致可分为预处理单元、生化处理单元和污泥处理单元，如图1所示。其中，预处理单元中一般有多个大功率泵；生化处理单元的电能消耗一般达到整个工艺设备电能消耗的50%～70%，由于曝气处理的电气设备主要是鼓风机，生化处理单元中的曝气处理能耗占很大比例。可以看出，污水处理厂的电能消耗分布相对集中，呈现出“大集中、小分散"的特点。

3污水处理厂电气节能设计

污水处理厂有大量的电气设备，包括鼓风机、泵、搅拌器、照明设备等。作为一名设计师，我们不仅要考虑电气设备的配电、选型和布局，还要考虑污水处理厂在设计阶段的高能耗，以及电气设备的节能和优化。常用的电气节能手段包括选择能效等级高的变压器、选择符合经济电流密度要求的电缆、合理选择变电站位置等。目前，上述方法已经相对成熟，并在大多数工厂设计中使用了相关方法。随着科学技术的进步，特别是数字化和智能化

3.1常规节能方法

（1）合理选择变电站的位置。

（2）选择能效等级较高的变压器。

（3）采用低压变频器。

（4）合理选择电缆的规格和型号。

3.2建设数字化、智能化的智能水厂

近年来，随着我国“新基础设施"、“碳高峰、碳中和"等理念的提出，我国智能水厂的建设进入了一个快速发展的时期。智能水厂的建设是促进数字经济与实体经济深度融合、赋能传统产业转型升级的重要途径。智能水厂包括智能安全系统、智能药品投加系统、生产监控管理系统等。这些系统的相关配合可以从根本上减少人力物力的消耗，最终达到节能减排的效果。在国家大力发展数字经济的背景下，有必要对传统污水处理厂进行数字化、智能化的升级

（1）采用电能效率管理系统。

（2）采用智能照明系统。

（3）采用智能曝气控制技术。

4污水处理厂电气节能设计实践

以广州市某污水处理厂为例，该厂污水处理能力为2.5×105m3/d。在电气节能设计中，采用10/0.4kV变配电中心、一级低压配电室和二级低压配电室的配电方式，减少了配电线路的损耗。同时，采用节能灯具和电缆桥架，设计了动态有源滤波和智能变频调速系统。在智能水厂建设中，设计了智能照明系统、地下无线覆盖系统、独立生化池和曝气自动控制系统、自动检测机器人系统、电能能效管理系统等。根据实际运行效果，与传统污水处理厂相比，采用节能设计的污水处理厂的能耗水平降低了1%

5安科瑞电气推出智慧城市水务建设能效管理解决方案----AcrelEMS-SW智能水能效管理平台

5.1平台概述

从终端感知、边缘计算到能效管理平台，安科瑞电气拥有产品生态系统，AcrelEMS-SW智能水能效管理平台用于监测污水厂总能耗和能耗强度，重点监测主要能耗设备的能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理能效管理提供科学精细的解决方案，通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析和处理装置。

5.2平台组成

AcrelEMS智能水综合能源效率管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控和能源效率管理系统组成，涵盖水中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运行维护等，帮助运行维护管理人员通过一套平台和应用程序实时了解水配电系统的运行情况，可根据权限适用于水后勤部门的管理需要。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

变电站综合自动化系统及电力监测；电力质量监测与管理；电机管理；能源消耗管理；

智能照明控制；电气安全；环境监测；分布式光伏监测；工艺模拟监测；

5.5相关平台部署硬件选择清单

6结束语

一般来说，在污水处理厂的电气节能设计中，可以采用传统的设计方法，建立指挥水厂等新方法、新技术。目前，污水处理厂的智能化建设正在如火如荼地进行，但也存在许多问题，如缺乏统一的规划和管理，操作人员不熟悉设备和系统，一些功能过于复杂。因此，智能水厂的建设还有很多工作要做。

参考文献：

[1]石磊.电气节能技术在污水处理厂的应用[J].电子技术,2021,50(11):120-121.

[2]wang明雨.污水处理厂电气节能设计研究

[3]安科瑞企业微电网设计应用手册.2022.05版